Установка производства полипропилена и ее экологичность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Назначение процесса

2. Характеристика сырья, вспомогательных веществ

3. Применяемые катализаторы, их экологическая оценка

4. Отходы производства продукции, сточные воды, выбросы в атмосферу, методы утилизации, переработки

5. Описание технологической схемы

6. Оценка физического и морального состояния установки

7. Мероприятия по улучшению степени экологичности производства

Список использованных источников

1. Назначение процесса

1 Общая характеристика установки, назначение процесса

1.1 Общая характеристика установки

Установка производства полипропилена (далее по тексту ПП) спроектирована Цзыбоской нефтехимической проектной компанией с ограниченной ответственностью «Хай Чен», КНР. Проектная производительность установки - 30 тысяч тонн полипропилена в год. Число часов работы установки в год - 8000. Год ввода в эксплуатацию - 2009-ый.

1.2 Назначение технологического процесса

Установка предназначена для получения полипропилена, используемого в радио- технической, химической, медицинской, пищевой промышленности. Широкое применение обусловлено его высокой химической стойкостью в агрессивных средах, механической прочностью при повышенных температурах, хорошей износостойкостью и высоким пределом прочности на разрыв. Основными видами изделий из полипропилена являются упаковочные пленки, листы и плиты для изготовления многослойных материалов для футеровки химических аппаратов, трубы для транспортировки агрессивных жидкостей и газов, самое легкое синтетическое волокно, изделия народного потребления. Структура полипропилена может быть нескольких типов: изотактическая, синдиотактическая, атактическая и стереоблочная. Различие в них обусловлено неодинаковым положением метильной группы у третичного атома углерода. Изотактический и синдиотактический полимеры имеют регулярно построенные цепи, располагающиеся вдоль винтовой оси (спирали) при этом, у изотактической структуры все метильные группы находятся по одну сторону от воображаемой плоскости главной цепи, у синдиотактической - по разные стороны главной цепи. Структура со стерически нерегулярной последовательностью метильных групп - атактическая. Стерео-изомеры существенно различаются между собой по механическим, физическим и химическим свойствам. В техническом отношении, наиболее ценен и перспективен изотактический полипропилен. На данной установке получается полипропилен изотактический формы. Сырьем для производства полипропилена является пропиленовая фракция, получаемая на установке газофракционирования в ТОО «Компания Нефтехим LTD» из пропан- пропиленовой фракции производства АО «Павлодарский нефтехимический завод». Для процесса полимеризации используются также катализатор, активатор, технический водород, вспомогательные реагенты (DDS). Установка производства полипропилена состоит из следующих блоков: - блок тонкой очистки пропилена, предназначен для удаления из пропиленовой фракции вредных для полимеризации органических и неорганических соединений серы, воды и кислорода; - блок хранения пропилена, предназначен для создания запаса очищенного пропилена; - блок полимеризации пропилена, предназначен для получения полипропилена требуемого качества; - блок рекуперации пропилена, предназначен для выделения пропилена из смеси его с азотом после испарителей мгновенного вскипания и возврата в процесс; - блок приготовления катализатора, активатора, DDS для реакции.

полипропилен катализатор экологический выброс

2. Характеристика исходного сырья, вырабатываемой продукции, полупродуктов, катализаторов, вспомогательных материалов

Характеристика исходного сырья, вырабатываемой продукции, полупродуктов, катализаторов, вспомогательных материалов представлена в Приложении А.

3. Применяемые катализаторы, их экологическая оценка

Катализаторы стереосспецифической полимеризации

Открытие стереоспецифических катализаторов представляло большой промышленный интерес и вызвало целый ряд исследований в области полимеризации пропилена и других олефинов. Вскоре после появления первых сообщений о полимеризации этилена при низких давлениях фирмой Монтекатини и Циглером были взяты совместные патенты , в которых описаны основные группы веществ, применяемых в качестве катализаторов. Важнейшие из них следующие:

Соединения переходных металлов: TiCl₄, TiCI₃, TiCl₂, , ацетилацетонат хрома и т. д.

Металлорганические соединения: Al (C₂H₅)₃ , А1(С₃Н₇)₃-Аl(С₁₆Н₃₃)₃, , алюминиевые сплавы (например, Mg₃Al₂) и т. п.

Детальное изучение различных каталитических систем позволило выявить новые типы катализаторов, однако принцип их действия тот же и заключается во взаимодействии металлов органических соединений I, II или III групп периодической системы с соединениями переходных металлов IV--VIII групп. В этой сиязи представляется интересным вспомнить метилтрихлортитан (СН₃ТiС1₃), являющийся, по мнению некоторых исследователей , эффективным катализатором. Однако более глубокое исследование указывает на то, что сначала происходит его разложение на треххлористый титан

RTiCl₃ --> TiCl₃ + R^. (1)

и катализатором служит, следовательно, система ТiС1з+RТiС1з.

Изотактический полипропилен в настоящее время получают только на гетерогенных каталитических системах, в которых переходные металлы находятся в нерастворимой, более или менее кристаллической форме, а металлорганическое соединение растворимо в углеводородной среде. Ниже приводится краткое описание получения металлорганических соединений алюминия, триэтилалюминия и диэтилалюминийхлорида, а также треххлористого титана, представляющих собой наиболее широко распространенные и технологически наиболее хорошо разработанные системы катализаторов.

Получение алюминийорганических соединений

Алкилпроизводные алюминия, применяемые в качестве катализаторов стереоспецифической полимеризации пропилена, представляют собой бесцветные, на воздухе самовоспламеняющиеся жидкости; с водой и веществами, содержащими подвижный атом водорода (спирты, органические кислоты и т. п.), реагируют в концентрированном состоянии со взрывом. При незначительном доступе воздуха и влаги окисляются до соответствующих алкоксипроизводных или гидролизуются до гидроокиси алюминия. С другими донорными соединениями (такими, как простые эфиры, амины, сульфиды) они образуют различные устойчивые комплексы, которые значительно меняют каталитическую активность. Высшие гомологи, начиная с триизобутилалюминия, отличаются уже меньшей реакционной способностью, но и они на воздухе неустойчивы, поэтому работать с ними необходимо в атмосфере инертных газов (азот, гелий, аргон и т. п.; двуокись углерода не является инертным газом).

Триэтилалюминий. Температура кипения 194° С при 760 мм рт. ст. (с частичным разложением) и 63° С при 1 мм рт. ст., плотность 0,84 г/см³, показатель преломления n²⁰_d=1,480, с углеводородами смешивается в любых соотношениях. При нормальной температуре примерно на 90% ассоциируется с образованием димера :

Алюминийорганические соединения могут быть получены по общему для металлорганических соединений методу, который заключается в обмене алкилов между диалкилпроизводными ртути и алюминием :

Реакция протекает с избытком алюминия при 100--120° С практически количественно. Для крупного производства, однако, этот метод не годится из-за трудности получения исходных алкилпроизводных ртути, с одной стороны, и их высокой токсичности, с другой.

Циглер модифицировал этот метод, предложив заменить натрий гидридом натрия :

В результате реакции, которую можно осуществлять в углеводородной среде (например, в гексане или циклогексане), получается раствор диэтилалюминийгидрида. Этот раствор затем непосредственно переводится в триэтилалюминий действием этилена при 70--80° С и повышенном давлении:

Данная реакция составляет сущность так называемого прямого синтеза триэтилалюминия , уравнение которого можно записать в виде:

При проведении реакции возникают известные трудности; особенно сложно приготовить алюминий в тонкоизмельченной активной форме без поверхностных оксидных пленок. Измельчение можно проводить на вибрационных мельницах в среде =50% раствора триэтилалюминия. Полученная суспензия активного алюминия затем вступает в реакцию с водородом в автоклаве при 10-120° С, давлении водорода 20--30 ат и в присутствии в качетве катализатора пористого титана:

На следующей стадии проводится реакция (7), и весь цикл повторяется сначала.

Хотя в настоящее время в промышленности применяются оба посмотренных метода синтеза триэтилалюминия, прямой синтез в будущем непременно получит преимущественное развитие, так как в этом случае практически отсутствуют трудно утилизируемые отходы производства .

Диэтилалюминийхлорид можно с успехом применять вместо триэтилалюминия в каталитических системах с , , -модификациями треххлористого титана. Физические свойства диэтилалю-минийхлорида: температура кипения при 760 мм рт. ст. 208° С, при 0,9 мм рт. ст. 44° С; плотность 0,9736 г/мл; температура плавления --74° С; вязкость 1,45 спз при 23° С. С алифатическими и ароматическими углеводородами смешивается в любом соотношении. Степень ассоциации до мостиковой димерной структуры выше, чем у триэтилалюминия и этилалюминийхлорида.

В производстве диэтилалюминийхлорид получают из этилалюминийсесквихлорида, однако вместо реакции с NaСl применяется частичное дегалогенирование металлическим натрием по схеме:

4. Отходы производства продукции, сточные воды, выбросы в атмосферу, методы утилизации, переработки

Сточные воды

Таблица 2 - Характеристика сточных вод

4.2 Выбросы в атмосферу

Таблица 3 - Характеристика выбросов в атомсферу

Твердых отходов на производстве нет.

5. Описание технологической схемы

Схема производства полипропилена фирмы Монтекатини

В полимеризационный автоклав 4 , снабженный охлаждающей рубашкой , в один прием загружают оба компонента катализатора и мономер. Полимеризацию ведут при температуре =80° С и давлении до 30 ат в определенном количестве растворителя (гептана). Как только скорость полимеризации падает (вследствие конверсии мономера) ниже некоторого предела, часть реакционной массы (30--50% объема автоклава) переводят в аппарат для дегазации 5. В автоклав 4 из аппарата 1 подают нужное количество дисперсии катализатора в гептане, а также свежий мономер с таким расчетом, чтобы уровень жидкости в автоклаве был таким же, как вначале. При крупнотоннажном производстве параллельно устанавливают 6--10 полимеризационных автоклавов, рабочие циклы (загрузка и разгрузка) которых соответствующим образом смещены друг относительно друга. Все операции на данной стадии процесса выполняются автоматически по заданной программе. На следующей стадии полимер отделяют от растворителя и содержащихся в нем атактических фракций. Затем производят экстракцию остатков катализатора спиртами, а также промывку или отпарку полимера. После сушки порошковый полипропилен подвергают грануляции на двухчервячной экструзионной машине с вакуум-отсосом.

6. Оценка физического и морального состояния установки

Последствия воздействия нефтеперерабатывающих предприятий на атмосферу

Мощные предприятия нефтепереработки имеют стабильно высокое содержание загрязняющих веществ вблизи источника, очень медленно снижающееся по мере удаления от него. Наиболее опасная обстановка возникает в аварийных ситуациях.

В результате деятельности нефтеперерабатывающих предприятий в атмосферу осуществляется выброс в больших количествах углеводородов, угарного газа, углекислого газа, различных сернистых соединений, оксидов азота, твердых веществ.

Эмиссия в атмосферу газов: СО₂, СО, СН₄, С₂Н₆, оксидов азота - приводит к появлению «парникового эффекта». Таким образом, нефтеперерабатывающие предприятия входят в число виновников глобального потепления климата [8].

Выбросы оксидов азота, углеводородов способствуют образованию тропосферного озона в результате фотохимических реакций. Тропосферный озон является одним из парниковых газов. Кроме того, образующийся фотохимический смог является очень токсичным.

Под действием выбросов происходит разрушение стратосферного озона. Стратосферный озон поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение, которое вредно для всего живого. Увеличивающаяся озоновая дыра ведет к онкологическим заболеваниям, развитию катаракты, подавляет фотосинтез растений.

Еще одна проблема, связанная с атмосферными выбросами, - кислотные дожди. Нефтеперерабатывающие предприятия, несомненно, осуществляют свой вклад в усложнение этой проблемы. Это связано с тем, что источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот; наиболее важные из них: SO₂, NOx, H₂S.

Таким образом, воздействие нефтеперерабатывающих предприятий на атмосферу является одной из причин глобальных экологических проблем.

Воздействие сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий на гидросферу

Состав сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий различных профилей по основным показателям отличается незначительно. Концентрация нефти, взвесей и БПКполн и другие показатели, находятся в пределах, указанных в таблице 7.

Количество сбросных вод в расчете на 1 т перерабатываемой нефти может достигать 70-100 м³. Однако большая их часть (90-95%) пребывает в обороте, так как проходит соответствующую очистку. Поэтому количество собственно сточных вод на предприятиях составляет обычно 1,6-3 м³ на 1 т нефти [6].

Сточные воды НПП отводят по двум системам канализации. В первую систему включают маломинерализованные стоки и дождевые воды. После очистки эти сточные воды возвращаются для повторного использования. Избыток воды (во время ливней) направляют в аварийные накопители и после очистки сбрасывают в водоем.

Во вторую систему канализации входят несколько (от 5 до 7) сетей, транспортирующих сточные воды от отдельных цехов и установок. Эти воды сильно минерализованы, загрязнены токсичными веществами и в обороте не используются. При необходимости они могут подвергаться локальной очистке от специфических загрязнений.

Таблица 7 - Состав сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий [6]

Стоки нефтеперерабатывающих предприятий отличаются более сложным составом, чем сама нефть и продукты ее переработки, и включают разнообразные токсические соединения, в том числе пропан, бутан, этилен, фенол, бензол и другие углеводороды. Эти стоки, попадая в природные воды, оказывают отрицательное влияние на гидробионтов и водных растений.

Сказывается прямое токсическое воздействие компонентов сточных вод на гидробионтов.

Увеличение содержания углеводородов в воде ведет к снижению содержания кислорода, что затрудняет дыхание водных организмов, нарушает процессы окисления.

Внедрение химических веществ, содержащих полициклические ароматические углеводороды, изменяет вкус съедобных организмов, кроме того, это опасно, так как подобные вещества являются канцерогенными.

Эффект долгосрочных воздействий непосредственно не обнаруживается и обычно носит кумулятивный характер. Эти эффекты могут быть вызваны периодическим введением веществ с большим временем «жизни» или непрерывным введением устойчивых либо неустойчивых веществ; они зависят от реакционной способности этих веществ.

Рыбы накапливают значительные количества токсичных веществ, которые, продвигаясь по пищевым цепям, могут дойти до человека.

Таким образом, одним из важнейших аспектов защиты экологической чистоты гидросферы предприятиями нефтеперерабатывающей промышленности является вопрос совершенствования структуры водопотребления и водосброса.

Загрязнение литосферы нефтеперерабатывающими предприятиями

Технологическое загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктам и является крайне опасным явлением, угрожающим флоре, фауне и здоровью населения. Кроме того, существует пожароопасность твердых нефтесодержащих отходов. В результате эксплуатации предприятий происходит загрязнение грунтов и подземных вод. Это приводит к безвозвратным потерям дорогостоящих дефицитных нефтепродуктов. Попадая в грунтовые воды, нефтепродукты могут совместно с ними выходить на поверхность и стать причиной опасной ситуации [8].

На типовом предприятии, перерабатывающем 15-16 тыс. т нефти в сутки, только в технологических процессах глубокого обезвоживания и обессоливания нефти выделяется около 26-30 т твердых солей и твердых механических примесей в виде нефтешламов, содержащих в своем составе до 30% углеводородных систем - нефти и нефтепродуктов и 30-50% воды. Таким образом, НПП "поставляют" более 100 т в сутки (около 4000 т в год) твердых или пастообразных нефтесодержащих пожароопасных отходов.

К числу твердых отходов на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности, загрязняющих литосферу, в том числе пожароопасными компонентами, относятся: различные химические продукты; адсорбенты, не подлежащие регенерации; зола и твердые продукты, получающиеся при термической обработке сточных вод; различные осадки; смолы; пыль, образующаяся при очистке выбросов, и др.

В нефтеперерабатывающей промышленности одними из основных твердых отходов являются кислые гудроны, образующиеся в процессах сернокислотной очистки ряда нефтепродуктов (масел, парафинов, керосиногазойлевых фракций и др.). В России ежегодно получают около 300 тыс. т кислых гудронов. Степень их использования не превышает 25%. Является важным вопрос утилизации отходов нефтеперерабатывающих предприятий [8].

7. Мероприятия по улучшению степени экологичности производства

Одной из основных проблем, которая в последнее время серьезно беспокоит экологов, является утилизация полимерных материалов. Известно, что полимеры часто используются для упаковки различных товаров и очень быстро попадают в мусор, который очень сложно уничтожить. Процесс естественного разложения полимеров может занять несколько лет, а сжигание или химическая переработка полимеров ведет к образованию вредных веществ.

Одним из решений данной проблемы может стать разработка и применение биоразлагаемых полимеров, которые могут утилизироваться с течением времени природными механизмами. В настоящее время все большей популярностью пользуются полимеры на основе целлюлозы, которые могут быть использованы для упаковки хлебобулочных или сыпучих изделий. Подобный вид полимеров является биоразлагаемым, и при утилизации не наносит вреда окружающей среде.

Первоначально перед химиками стояла задача создания полимеров, которые смогут защитить продукты от вредных воздействий окружающей среды, в настоящее время химики работают над получением биоразлагаемых полимеров, которые будут выполнять свои функции определенный срок, а затем будут утилизироваться с помощью природных механизмов.

На первый взгляд, биоразлагаемые полимеры, которые могут быть созданы на основе древесины, крахмала или полисахаридов, могут разлагаться в естественных условиях, но это не совсем так. Для разложения подобных полимеров необходимы определенные условия окружающей среды или наличие специальных микроорганизмов. Кроме того, далеко не все природные материалы разлагаются с течением времени, известно, что яичная скорлупа может оставаться нетронутой даже после нескольких десятков лет пребывания в среде микроорганизмов. [3]

Разработка биоразлагаемых полимеров в настоящее время является актуальной задачей не только для химиков, но и для биологов, задача которых - вывести определенные виды микроорганизмов, которые смогут уничтожить и переработать биоразлагаемые полимеры, не нанеся вреда окружающей среде.

Еще одним способом утилизации биоразлагаемых полимеров является воздействие солнечного света, в настоящее время разработано множество пластиков, которые полностью разлагаются под действием ультрафиолетовых лучей.

В настоящее время многие торговые сети предпочитают использовать для упаковки пищевых продуктов и промышленных товаров биоразлагаемые полимеры, которые наносят минимальный вред окружающей среде.

В Германии выпускается порядка 8 тыс. т в год биоразлагаемого полимера под названием Ecoflex. Это композиция полистирола с крахмалом или целлюлозой, которая в течение 50 дней подвергается биодеструкции на 60 %, а спустя восемьдесят дней разлагается на 90 %. Предназначен для производства пищевой упаковки и сельскохозяйственной пленки.

В связи с увеличивающимся спросом на этот пластик, компания BASF планирует значительно увеличить объемы производства. Специалисты прогнозируют увеличение спроса на подобные синтетические биоразлагаемые материалы до 100 тыс. т ежегодно.

В США производится натуральный, способный к полному разложению полимер, который можно использовать для создания различной продукции, в т. ч. упаковки хлебобулочных изделий, пищевых продуктов, оберток для конфет и др. товаров широкого потребления.

В Бельгии готовятся выпустить на рынок биоразрушаемую липкую пленку. Предполагается, что она станет популярной в супермаркетах для заворачивания фруктов, овощей, мяса, птицы и других продуктов. Переработка отходов полимеров в мономеры и искусственное топливо (пиролизно-сырьевой метод). Деполимеризация с последующим синтезом различных полимерных материалов не находит промышленного применения. Отходы многих полимерных материалов могут быть подвергнуты термическому рециклингу с получением полезных продуктов не полимерной природы. ПЭТФ может быть деполимеризован до исходных компонентов. Аналогичной переработке могут быть подвергнуты отходы полиуретанов. Искусственное жидкое топливо является весьма перспективным направлением их утилизации. Разработанные в последнее время технологии позволяют получать высококачественные марки бензина, керосина, дизельного и котельного топлива. Однако основным недостатком указанных технологий является высокая стоимость используемого оборудования и, соответственно, высокая стоимость производимого искусственного жидкого топлива. Существуют способы разделения полимеров из смеси собранных отходов: пенная флотация, сепарационное растворение, детекторное с проведением мониторинга, и, наконец, последний, заслуживающий внимания метод обработки смесей несовместимых полимеров ультразвуком, позволяющий получать блок-сополимеры. Ведутся работы по покрытию бутылок из ПЭТФ тончайшим барьерным слоем оксида, нитрида, карбида кремния и др., внедряется более барьерный полиэтилентерафталат для розлива пива. Устаревшие полиолефины можно добавлять к углю, карбонизировать и вводить в кокс для выплавки чугуна.

Сжигание с целью получения тепловой и электрической энергии (энергетический метод). Получение энергии за счет сжигания полимерных отходов привлекает все большее внимание из-за непрерывного роста цен на органическое топливо. При этом нет необходимости производить сортировку, требуется лишь измельчение отходов до достаточно крупных кусков, чтобы обеспечить их эффективное смешивание с добавками углеродного топлива, чаще всего, каменным углем, и необходимый для горения доступ кислорода. Опасность загрязнения окружающей среды супертоксикантами при сжигании полимерных отходов в значительной степени преувеличена и больше относится к старым мусоросжигательным установкам. При температурах 1200 - 1400° C, характерных для современных установок, эти вещества необратимо распадаются, а неразложившаяся часть поглощается в адсорбирующих фильтрах. Выбросы диоксинов достигают всего 0,6 мкг на тонну. При сжигании тонны каменного угля выделяется 1 - 10 мкг диоксина, тонны бензина - от 10 до 2000 мкг

Захоронение на полигонах общего назначения (закапывание).

Список литературы

1. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справочной издание. / Под ред. Иглужда Г.М. - М.: Металлургия, 1988. - Т.1, 760 с.; т.2, 716 с.

2. Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч. 2-я. Крекинга нефтяного сырья и переработка углеводородных газов. - М.: Химия, 1980. - 328 с.

3. Голицын А.Н. Основы промышленной экологии: Учебник. - М.: ИРПО; Издательский центр “Академия”, 2002. - 240 с.

4. Каталитические процессы переработки нефтепродуктов: Учебное пособие / Фереферов М.Ю., Рожко О.Н., Щелкунов Б.И.. Ангарская государственная техническая академия. - Ангарск: АГТА, 2001. - 109 с.

5. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем: Учебник / Под ред. д-ра хим. наук, проф. М.Ю. Долматова, д-ра техн. наук, проф. Э.Г. Теляшева. - М.: Химия, 2002. - 608 с.

6. Абросимов А.А. Экологические аспекты производства и применения нефтепродуктов. - М.: Барс, 1999. - 732 с.

7. Абросимов А.А. Социально-экологические проблемы нефтепереработки.// Экология и промышленность России. - Б.м. - 2000- №11, 32 с.

8. Арустамов Э.А. Экологические основы природопользования: учебник / Э. А. Арустамов, Н.В. Баркалова, И.В. Левакова.-Изд. 3-е, перераб. и доп - М.: Дашков и К, 2006.-320 с.

9. Орлов Д.С.Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие для хим., хим.-технолог. и биол. Специальностей вузов /Д.С. Орлов, Л.К. Садовнокова, И.Н. Лозановская.-М.: Высш. Шк.,-2002.-334с.

10. www.14000.ru - Развитие интегрированных систем менеджмента предприятий нефтеперерабатывающей промышленности в России.

Размещено на Allbest.ru